基于单片机的智能窗帘控制系统的设计（光敏电阻+温度传感器)

基于单片机的智能窗帘控制系统的设计（光敏电阻+温度传感器)

摘要

目前，家庭居住环境的采光及避光问题主要采用的是手动开闭窗帘，手动开闭不仅费力而且很多方面不够人性化，会对用户造成一定的困扰，本文设计的智能窗帘控制系统可以解决这些问题。

本文主要阐述了智能窗帘控制器的设计过程。本设计采用STC89C52单片机为控制核心，介绍了基于单片机的智能窗帘控制系统，主要从硬件结构原理及软件编程方面进行讲解。硬件采用分块的模式，对整个系统的电路设计进行分析，分别给出了系统整体结构框图、光照传感电路、温度检测电路、系统主控模块电路、电源转换电路、步进电机控制电路、键盘显示电路以及时钟模块电路等相关电路；随后讲述了软件的编写过程，也是采用了分块的模式，主要包括软件主程序设计，步进电机程序设计，显示程序设计，键盘程序设计以及定时程序设计，每一模块都画出了相应的流程图。本设计重点讨论了窗帘自动控制系统的设计过程、硬件选用和软件调试等问题。

通过本系统最终实现了利用光照强度以及设置时间来控制窗帘自动开闭的仿真。此外本设计还实现了室内温度检测的功能。

关键词：单片机，智能窗帘，定时控制

摘要 I

ABSTRACT II

第一章绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 智能窗帘的国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 2

1.3 主要研究内容及章节安排 2

1.3.1 主要研究内容 2

1.3.2 章节安排 3

第二章总体设计方案 4

2.1 方案选取 4

2.2 系统总体设计与工作原理 5

第三章硬件设计 6

3.1 STC89C52单片机及相关电路 6

3.1.1 STC89C52单片机概述 6

3.1.2 晶振电路 7

3.1.3 复位电路 9

3.1.4 电源电路设计 9

3.2 时钟模块电路 11

3.2.1 DS1302性能简介 11

3.2.2 DS1302接口电路设计 12

3.3 键盘显示电路 13

3.3.1 键盘电路 13

3.3.2 显示电路 14

3.4 光敏传感器电路 16

3.5 步进电机控制电路 18

3.6 温度检测电路 20

第四章软件设计 22

4.1 软件主程序设计 22

4.2 软件子程序设计 23

4.2.1 步进电机程序设计 23

4.2.2 显示程序设计 24

4.2.3 键盘程序设计 25

4.2.4 定时程序设计 25

第五章系统仿真与总结 27

5.1 Proteus软件简介 27

5.2 仿真过程与结果 27

第六章总结 34

参考文献 36

致谢 38

附录A：系统设计原理图 49

附录B：系统设计仿真图 50

附录C：程序清单 52

第一章绪论

1.1 研究的目的及意义

21世纪是科技飞速发展的时代，随着国民经济的发展和科学技术水平的提高，特别是计算机技术，通信技术，网络技术，控制技术的迅猛发展，生活现代化得以实现，居住环境向舒适化，安全化发展，智能家居也随之应运而生。由于我国的科技刚刚发展起来，各种科技产品还明显的落后于发达国家，人民的生活也刚刚开始富裕起来，许多智能系统也刚刚在我国兴起。但是，发展前景却广阔。这种系统可以为我们营造出高效、舒适、便捷的居住环境。并且它可以牵动一大批产业[1]。如此广泛的应用，他的前景也必将非常广阔。随着科学技术的飞速发展，人们的生活观念也在渐渐的发生转变。各种家电也在发生着变化。由于单片机技术和计算机技术的的不断成熟，家电越来越智能化。窗帘也不例外，在欧美等发达国家，智能窗帘系统已广泛应用。智能窗帘在国内算是高端前沿产业，市场广阔，有推广和应用的意义，在发达的欧美市场智能窗帘已经并不新鲜，已经广泛运用于平常百姓家中，所以有必要在国内推广。

随着现代社会的高速发展，人们对室内设计智能化的要求也越来越高，相对于传统的窗帘，智能窗帘更能满足人们对于生活品质的追求[2]。在一年四季中，随着不同的季节、气候，人们对于窗帘打开与闭合的需求是不同的；在每一天中，随着天气的变化及时间段的不同，人们对于窗帘打开与闭合的需求也是不一致的。这也就为智能窗帘系统的研发提供了市场价值[3]。随着信息、自动化和通信等技术的不断进步，智能窗帘控制系统在家居、大型会议室等领域得到了广泛的使用，最大限度地满足人们对窗帘开度的各种需求。尤其在智能家居领域克服传统的窗帘的许多缺点，为人们提供了更方便、快捷、舒适安全的生活环境，提供了人类的生活质量[4]。

智能窗帘控制系统的控制方式大体上有三种：光控，时控，遥控。遥控属于半自动类；而光控属于全自动式，但因光敏器件的灵敏度，以及不同季节的光照度的不同，以及人们对于窗帘开闭在时间上的要求不同，而难以实施和普及。因此，设计一款价格低廉，结构简单，灵敏度高，抗干扰能力强[5]，实现时间控制、手动控制功能为一体的智能窗帘，具有十分重要的意义。

1.2 智能窗帘的国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

在欧美等发达国家，电动窗帘已广泛应用。在十多年前，电动窗帘就已经进入我国，可一直没有大的推广，这两年，随着电控技术的不断提高及价格的不断下降，电动窗帘热才又卷土重来。在此后短短几年时间里，生产商由最初的几家增加到如今的百余家，发展十分迅速。据查我国目前共有170多种电动窗帘获得国家专利，其技术大同小异，但售价在五百到数千元居多，共同缺点是价格高、灵活性不强，而且自动化程度不高。尽管遥控自动窗帘系统在国内是一个新兴的行业，但是，它正以不可抵挡之势迅速崛起。遥控自动窗帘系统走进中国以来，在短短四年时间里，自动窗帘系统生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家，其行业发展迅速是目前国内任何其他行业所无法比拟的。

1.2.2国内研究现状

目前，我国遥控自动窗帘系统生产厂商、分销商、集成商已形成相当规模，不少国内知名企业纷纷涉足遥控自动窗帘系统行业，如青岛海尔、清华同方、TCL等，并涌现出一些较具影响力的智能家居专业厂商，如上海索博智能电子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居电子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。在应用范围拓展方面，除了写字楼、酒店、演播厅、教学楼等大型公共场所外，自动窗帘产品还走进了普通家庭，展示了巨大的应用潜力。

随着自动窗帘热潮在世界范围内兴起、电子技术的飞速发展以及人们生活水平的不断提高，电动窗帘的自动化程度不断提高，从目前的发展趋势来看，在未来的20年时间里，自动窗帘行业将成为中国的主流行业之一，其市场的发展前景是非常广阔的。

1.3 主要研究内容及章节安排

1.3.1 主要研究内容

根据自动窗帘的发展现状来规划其智能功能，从而对窗帘进行智能控制，设计的电动窗帘控制系统主要实现以下几大功能：1）手动控制：该功能使电动窗帘具有手动正转、手动反转和手动停止的功能，该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功能可以使窗帘的开闭处于任何一种状态。2）半自动手动控制：半自动手动控制是在需要关闭和打开窗帘的时候，只需要人工按一下“正转”或“反转”按键后，窗帘到位自动停止。窗帘的正转、反转和停止功能可由单片机输出电平来控制步进电机的运转以实现。此功能可以使窗帘通过按键一次性开闭窗帘。3）光照控制：系统可以根据用户设定的光照强度值通过感光器采集光照自动开光窗帘。4）时间控制：此功能是根据用户设定的时间一次性开关窗帘，并显示当前温度。

其中采用步进电机为执行原件，通过单片机对驱动芯片输出不同的高、低电平来控制电机的正、反转，完成窗帘的开、关动作[6]；以光敏电阻，温度传感器作为传感原件，光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。窗帘在光照控制模式下，当光强高于所设定的标准值时，窗帘会自动关闭，反之，当光强低于该标准值时，窗帘将自动打开[7]。温度传感器用来检测当前温度，并显示当前温度值。89C52单片机作为控制芯片，辅助键盘和显示，实现自动窗帘的多项智能功能[8]。

1.3.2 章节安排

智能窗帘控制系统设计过程主要分为以下几个章节：

（1）绪论：介绍选题意义，目前国内外研究现状，主要研究内容及章节安排。

（2）总体设计方案：介绍智能窗帘控制系统的总体设计方案的选取以及硬件设计的总体概况。

（3）硬件设计：智能窗帘控制系统以89C51单片机为核心，系统的硬件部分包括:89C52，晶振电路，复位电路，时钟电路，键盘电路，显示电路，A\D转换电路，光敏传感器，步进电机，温度模块等。

（4）软件设计：介绍各个功能模块的设计流程以及设计思路。智能窗帘控制系统的程序分析与设计:包括主程序设计，键盘程序设计，定时程序设计，步进电机程序设计，显示程序设计等。

（5）系统仿真与总结：对智能窗帘控制系统进行结果仿真，分析总结设计过程。

参考文献

[1]石祚生.智能家居系统设计与实现[D].南京邮电大学,2013.

[2]熊建桥,薛飙,马远,吴在罗,丁超.拟“向日葵”感光式智能窗帘系统设计[J].机电产品开发与创新,2014(01).

[3]常丰.基于STM32F107的智能窗帘控制系统设计[J].电子世界,2013(23).

[4]钱云,郑舒予,秦雷.基于ATMEGA16单片机的智能窗帘控制系统设计[J].微计算机信息,2009(29).